高度判断能力と応用拡張性を持つ先端半導体製造ライン向けAI画像検査技術の研究開発

所属: 株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ

報告者: 長島剛宏
報告日: 2026-02-19

AI画像検査技術の研究開発

目次

  1. 研究開発の背景と目的
  2. 実施内容
    1. 【1-1】教師なし学習に基づく異常判定機能の設計
      1. 文献調査
      2. モデル検証計画
      3. モデル検証環境
    2. 【1-2】欠陥箇所の可視化機能の設計
  3. まとめと今後の計画
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

1. 研究開発の背景と目的

背景

半導体の品質検査は現在、人の目に頼る部分が多く、検査の速度と精度に限界

研究の目的

  • AI画像検査技術により人間を上回る高精度化
  • 製品仕様やデザイン変更などに対応し得る汎用化
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

2. 実施内容

i. 【1-1】教師なし学習に基づく異常判定機能の設計

株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

a. 文献調査(1/3)— 手法調査

WE-PaDiM (Gardner et al., 2025)
  • PaDiM に離散ウェーブレット変換(DWT)を統合した改良版
  • MVTec AD で Image-AUC 99.32%、Pixel-AUC 92.10%
  • 産業用異常検知に特化、PaDiM と同等の推論効率
  • 課題: ライセンスファイル未提供、商用利用不可(推定)
PaDiM-ACE (Ibarra & Peeples, 2025)
  • PaDiM に Adaptive Cosine Estimator を導入した改良版
  • 合成開口レーダー(SAR)画像向けに特化、有界異常検知スコアの提供
  • 課題: 半導体製造とは異なるドメイン、性能スコア未記載
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

a. 文献調査(2/3)— 半導体製造向け論文

Huang & Pan (2015)
  • 半導体製造における自動外観検査(AVI)技術の初期総説
  • ウェーハ・パッケージ・マスク検査などの応用領域を網羅
  • 課題: 微細化に伴う欠陥の多様化、照明条件のばらつき、リアルタイム処理の制約
Hütten et al. (2024)
  • 製造業・保全分野における深層学習 AVI の最新サーベイ
  • CNN・GAN・Transformers 等の主要アーキテクチャ別に分類・分析
  • 課題: 実運用での一般化・ドメイン適応・データアノテーション負荷
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

a. 文献調査(3/3)— 半導体製造向け論文

Schlosser et al. (2022)
  • 多段 DNN によるハイブリッド検査システムの提案
  • F1 スコア・再現率が単一ネットワーク構成より有意に向上
  • 実製造ラインへの適用可能性を実証
Barusco et al. (2025)
  • PaDiM・PatchCore・CFA・DRAEM 等の比較評価
  • PatchCore 系が高精度かつ高速で実用的
  • 産業応用における評価ベンチマークの重要性を強調
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

b. モデル検証計画

MIIC データセット概要
  • MIIC(Manufacturing Industrial Inspection Challenge)
  • 製造業向け外観検査AIの性能評価を目的としたベンチマークデータセット
  • 半導体 IC の電子顕微鏡(SEM)グレースケール画像
  • 実製造ラインに近い撮像条件を反映
  • 正常画像: 25,160 枚 / 異常画像: 116 枚
検証対象モデル
  • モデルは付録 A-1 参照

評価指標: AUROC, AUPRC, F1-Score

株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

c. モデル検証環境

AI モデルの性能を評価・比較する環境

概要

コード提出 → GPU 学習・評価 → 結果可視化の自動パイプライン

主要機能
  • コード受付、非同期ジョブ実行、計算結果管理
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

ii. 【1-2】欠陥箇所の可視化機能 — 現在設計中

異常検知モデルの出力を活用した以下の可視化手法を予定

  • Anomaly Heatmap — 各ピクセルの異常スコアのカラーマップ表現
  • Segmentation Mask — 閾値処理後の 2 値マスクによる
    NG 領域の面積・重心算出
  • Overlay Image — 元画像へのヒートマップ重畳、
    現場説明・レポート用途
  • Bounding Box — ヒートマップからの外接矩形抽出、
    外観検査 UI 向け
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
AI画像検査技術の研究開発

まとめと今後の計画

これまでの成果

  • 最新の AI 画像検査技術を調査
  • 半導体検査に有望な手法を選定
  • 半導体画像での検証計画を策定
  • 手法の性能を客観的に比較する計算基盤構築

今後の計画

  • 選定した手法の半導体画像での検証
  • 手法、モデルの改良
  • 異常箇所の可視化
  • 実製造ラインへの適用に向けた課題整理
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
付録

付録 A-1: 検証対象 10 モデル一覧(1/2)

No Model 系統 異常検知原理 主用途
1 PaDiM 統計・埋め込み Feature-based ベースライン
2 PatchCore メモリバンク Feature-based 高精度本命
3 FastFlow Flow Feature-based 高速推論
4 CFlow Flow Feature-based 分布ばらつき対応
5 DFM 統計 Feature-based 安定性
株式会社BFAIセミコンダクタソリューションズ
付録

付録 A-2: 検証対象 10 モデル一覧(2/2)

No Model 系統 異常検知原理 主用途
6 DFKDE KDE Feature-based ドリフト検知
7 EfficientAD 工業向け Feature-based Edge 展開
8 DRAEM 再構成 Reconstruction-based 説明性
9 AnomalyDINO Transformer Feature-based 次世代
10 WinCLIP VLM Feature-based 将来性評価